Baixa Frequência de Postagens

Agora que estamos no final do ano, estou cheio de trabalhos da universidade, do SENAI e do meu estágio. Devido a isso, a frequência de postagens baixou bastante. Mas garanto pra vocês que em dezembro voltaremos com força total. Até lá, peço paciência. E aviso que voltarei com postagens bem interessantes. Agradeço a todos pela compreensão e aguardem...

Resumo da Série Conversores Chaveados

Aqui está um resumão da série de conversores chaveados operando no modo de condução contínua. Aqui está todos os posts dessa série e caso sejam feitos mais posts sobre o assunto, seus links serão anexados aqui.

Constam nessa série, até agora, os seguintes posts:

* Conversor Buck no Modo Contínuo

* Conversor Boost no Modo Contínuo

* Conversor Buck-Boost no Modo Contínuo

* Conversor Cuk no Modo Contínuo

* Conversor SEPIC no Modo Contínuo

A bibliografia usada nesta série foi o livro de Daniel W. Hart, eletrônica de potência: análise e projeto de circuitos. Na minha opinião, embora não tenha muita condição para comparar, acho um livro excelente e recomendo a todos que querem começar a aprender eletrônica de potência. As imagens foram retiradas, na maioria, do site Wikipedia.

Atualizado pela última vez em: 01/03/2014.

Conversor SEPIC no Modo Contínuo

Olá a todos. Hoje vou falar sobre o conversor SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Conversor), conversor com indutância simples no primário. É um conversor semelhante ao Cuk, no sentido em que pode rebaixar ou aumentar a tensão, mas sem o inconveniente de inversão de polaridade na saída. Abaixo está a imagem de seu circuito.

Vamos, como sempre, fazer algumas suposições para nossa análise.

1. Os valores dos indutores são muito altos e suas correntes são constantes.
2. Os valores dos capacitores são muito altos e suas tensões são constantes.
3. O circuito está funcionando no modo estável, ou seja, as formas de onda de tensão e corrente são periódicas.
4. Para uma taxa de trabalho D, a chave fica fechada por um tempo DT e aberta por um tempo (1-D)T.
5. Todos os componentes são ideais.

Vamos começar usando a Lei de Kirchoff das tensões na malha que contém a tensão de entrada, L1, Cs e L2. Assim, obtemos que:



Lembrando que a tensão média nos indutores é igual a zero, podemos usar as tensões médias para obter:



Quando a chave está fechada, o diodo está em corte e a tensão para L1 é igual a Vin. Quando a chave está aberta, o diodo entra em condução. Aplicando a lei das malhas de Kirchoff na malha mais externa, temos:



Mas como a tensão média no capacitor Cs é igual a Vin, podemos escrever a expressão anterior como:



Sabemos que durante o tempo em que a chave está fechada a tensão em L1 é igual a Vin e durante o perído em que a chave está aberta a tensão em L1 é igual a -Vout. Também sabemos que durante um período a tensão média em um indutor é zero. Dessa forma, podemos escrever que:



Assim temos que:



Perceba que neste conversor a tensão de saída NÃO está invertida com relação a tensão de entrada. Também perceba a semelhança entre esta equação e as equações dos conversores Cuk e Buck-Boost.

E com isso encerramos nossa série sobre conversores. O que não significa que não iremos mais falar deles. Ainda existem muitas informações sobre conversores, como conversores intercalados, perdas de chaveamento, influência de ESR nos capacitores do conversor, etc. Mas isso ficará para outro momento. Espero que tenham gostado e entendido um pouquinho mais sobre conversores chaveados e suas utilidades. Um grande abraço e até a próxima. 

Conversor Cuk no Modo Contínuo

Olá a todos, hoje falaremos de uma topologia de conversor chaveado CC-CC chamada Conversor Cuk. Ele serve para elevar ou rebaixar a tensão de entrada e, assim como o conversor Buck-Boost, e também possui a polaridade de saída invertida com relação a entrada. Sua principal diferença é o fato de que esta topologia usa um capacitor para fazer a transferência de energia entre os dois estágios, diferente do conversor Buck-Boost que utiliza um indutor.

Segue abaixo uma imagem do conversor Cuk:

Para analisarmos este conversor, determinaremos, assim como fizemos com os outros, algumas condições que facilitam os cálculos e garantem o funcionamento no modo contínuo e no estado estável.

1. Os valores de indutores são altos e suas correntes são constantes;
2. Os valores dos capacitores são altos e suas tensões constantes;
3. As formas de onda de tensão e corrente são periódicas;
4. A chave (no caso o transistor) fica fechado durante um tempo DT e aberto durante um tempo (1-D)T onde D é a taxa de trabalho e T é o período;
5. Todos os componentes são ideais.

Descobriremos a tensão média no capacitor utilizando a Lei de Kirchhoff na malha externa. Sabendo que durante um período a tensão média nos indutores é zero, calculamos que a tensão média no capacitor durante um período de trabalho é a tensão de entrada menos a tensão de saída, ou seja:



Com a chave fechada, o diodo estará reversamente polarizado. Dessa forma, a corrente no capacitor C1 será:




Pois, com o diodo reversamente polarizado não há corrente passando por ele. Isso faz com que o capacitor C1 esteja em série com o indutor L2. Logo, suas correntes devem ser iguais. Como na representação elas estão em sentidos opostos, então uma delas deve ser negativa.

Com a chave aberta temos o diodo conduzindo. Agora quem está em série com o capacitor C1 é o indutor L1. Logo, suas correntes devem ser iguais. Como, na representação, ambas possuem mesmo sentido, então as duas tem o mesmo sinal, ou seja:



A potência absorvida pela carga é igual a potência fornecida pela fonte, já que estamos considerando todos os componentes como sendo ideais. Assim:



Manipulando a equação, chegamos a conclusão que:



Deixaremos de lado esta equação por enquanto. Agora vamos analisar o fato de que a corrente que passa pelo capacitor em um funcionamento periódico é zero, com isso temos que a corrente que passou pelo capacitor enquanto a chave estava fechada, somada com a corrente que pasou por ele enquanto a chave estava aberta é igual a zero.

Ora, a corrente que passou por ele enquanto a chave estava fechada era e a corrente que passou por ele enquanto a chave estava aberta era . Dessa forma, temos:







Dessa forma, chegamos a conclusão que:



O sinal de negativo novamente indica que a tensão de saída está invertida com relação a tensão de entrada, que foi o mesmo problema que tivemos com o converosr Buck-Boost.

E com isto terminamos nossa análise do funcionamento em modo contínuo do conversor Cuk. No próximo post analisaremos o conversor SEPIC, que é praticamente o último dos conversores desta sequência de posts. Então, continuem estudando e até a próxima.

Conversor Buck-Boost no modo contínuo

Voltando a série de conversores chaveados, hoje vamos falar do conversor Buck-Boost. Ele tem esse nome pois ele pode tanto rebaixar a tensão (como um conversor Buck) quanto aumentar a tensão (operando como um conversor Boost).

Bom, como sempre, vamos fazer suposições e impor algumas condições, que definem a operação em modo contínuo.

1. Por estar operando no modo contínuo, o indutor sempre estará conduzindo alguma corrente.
2. O circuito está operando no estado estável, ou seja, o transiente do funcionamento já passou.
3. O valor da capacitor é suficientemente grande para manter a tensão na saída constante.
4. A chave fica fechada por um tempo DT e aberta por um tempo (1-D)T.
5. Os componentes são ideais.

Começaremos analisando o circuito com a chave fechada. Nessa situação, temos toda a tensão da fonte sobre o indutor. Também temos o diodo no estado de corte, não permitindo a passagem da corrente da fonte para a carga. A corrente na carga, durante esse tempo, está sendo fornecida pelo capacitor na saída. No indutor, temos que:





Assim vemos que a taxa de variação da corrente no indutor é uma constante. Portanto, a corrente aumenta de forma linear  no indutor. Assim, a equação anterior pode ser escrita como:



Assim, a variação da corrente enquanto a chave está fechada é:



Passando agora para a análise com a chave aberta. Dessa forma, o diodo passa a ficar diretamente polarizado devido ao indutor, que irá fornecer corrente para a carga e para recarregar o capacitor. Assim podemos ver que o indutor fica em paralelo com a carga (considerando o diodo ideal) e, portanto, tem a mesma tensão que a carga, que é a tensão de saída. Assim, temos:



Utilizando o mesmo raciocínio usado antes, e lembrando que o tempo que a chave fica aberta é (1-D)T, vamos chegar na seguinte expressão:



Porém, na condição 2, dizemos que o circuito estava operando no modo estável. Dessa forma, temos que a corrente no final de um ciclo é exatamente igual a corrente no início de um ciclo. Assim concluímos que a variação de corrente durante um ciclo deve ser zero. Expressando isso matematicamente chegamos em:





Enfm, isolando a tensão de saída, temos que:



Agora, vamos analisar os dados de nossa dedução. O módulo da tensão na saída pode ser maior ou menor que a tensão de entrada, sendo exatamente igual se fizermos D=0.5. Também percebemos aquele sinal de negativo na expressão da tensão de saída. Isso se deve ao fato de a tensão na saída deste conversor estar invertida em relação a tensão de entrada. Isso é, em geral, uma desvantagem, que não existe nos outros conversores que estudamos. Observando nossa análise, percebemos que a tensão de entrada nunca está eletricamente conectada com a carga. A energia é primeiro armazenada no indutor para, somente depois, ser transferida à carga. Por isso alguma vezes o conversor Buck-Boost é conhecido como conversor indireto.

Vamos fazer um pouco mais de análise "secundária" para descobrir outras coisas sobre este circuito:

A potência de saída é:



A potência de entrada é dada por:



Sendo todos os componentes ideais, toda a energia na entrada é transferida para a saída. Portanto, a potência da entrada é igual a da saída.



Mas, a corrente média na fonte, ou seja, na entrada, pode ser relacionada com a corrente no indutor por:



Substituindo na outra equação, temos:



Mas, lembrando da equação que deduzimos para a tensão de saída, e substituindo seu resultado aqui, obtemos:



As correntes máximas e mínimas no indutor são determinadas somando a corrente média à metada da variação da corrente. Assim temos:






Assim, temos muitos dados que definem o funcionamento do conversor Buck-Boost. Claro que para projetar um destes é preciso se ater aos detalhes, mas o foco desta série é, neste primeiro momento, obter o entendimento do funcionamento destes conversores.

E por hoje era isso, então se cuidem e continuem estudando. Até o próximo post da série de conversores chaveados, que sairá em breve. Abraço. Fui...

Quadricópteros

Quem não gosta deles? Todos gostam deles... Indico então este blog recém descoberto e muito bom, que mostra a montagem de um quadricóptero e dá dicas para quem quer montar o seu... Espero um dia eu falar aqui da montagem de meu próprio quadricóptero. Abraço...

http://quadricoptero.blogspot.com.br/

Equipamentos Anti-Estática

Hoje vou comentar um pouco sobre alguns equipamentos anti-estáticos, seu funcionamento e qual sua importância para as pessoas que lidam com componentes eletrônicos.

A eletricidade estática já foi comentada aqui no blog, mas vamos revisar o que ela é. Basicamente, é um desequilíbrio de cargas elétricas no nosso corpo que ocorrem geralmente por atrito. Este atrito pode ser de nossa roupa com o ar ou com o encosto de uma cadeira ou banco ou até mesmo o atrito entre nossos calçados e o solo.

Esse desequilíbrio de cargas pode ocasionar uma tensão bastante elevada, da ordem de kV. Embora a tensão seja elevada, a carga elétrica "armazenada" em nosso corpo é pequena, de forma que o choque que levamos devido a eletricidade estática assusta, dói mas não é nocivo na maioria das vezes.

Porém para os componentes eletrônicos sensíveis, em geral os do tipo SMD, uma descarga eletrostática pode ser danosa, danificando o componente. Por isso cabe ao encarregado de manusear esses componente tomar as devidas precauções para evitar ESD (sigla em inglês para Electrostatic Discharge).

Uma das precauções que podem ser adotadas é utilizar um piso aterrado. Funciona basicamente assim: A terra é uma fonte ilimitada de cargas elétricas. Então ela pode equilibrar qualquer desequilíbrio estático de um objeto qualquer. A ideia é utilizar um piso de material condutor (algum tipo de metal) e conectá-lo eletricamente à terra, ou seja, levar um cabo condutor até uma haste metálica cravada na terra. Porém ter somente o piso não adianta, pois caso o operador esteja usando um calçado isolante, seu corpo não terá ligação com a terra.

Aí entra o uso de um equipamento chamado de calcanheira anti-estática. Ela é um calcanheira, que vai ao calcanhar (pasmem) com uma tira condutora que a pessoa deve botar por dentro da meia, de forma que exista um contato elétrico entre a tira e a pele da pessoa. Dessa forma a pessoa está em contato elétrico com o chão e estará constantemente descarregando qualquer estática que possa estar presente em seu corpo.

Porém, se você medir a resistência da calcanheira, você constatará uma resistência gigante nela, da ordem de até 10 megaohms!!! Então você pode perguntar: como algo com uma resistência tão grande serve para aterrar uma pessoa?

É que embora a tensão no caso da eletricidade estática seja bastante alta, a carga elétrica acumulada em nosso corpo é bastante baixa, como comentamos anteriormente. Devido a isso, qualquer corrente, por menor que seja, é o bastante para descarregar rapidamente as cargas elétricas acumuladas em nosso corpo. Por isso que mesmo uma calcanheira com resistência bastante elevada, da ordem de mega ohms, é suficiente para descarregar as cargas pro nós acumuladas.

Outro equipamento também muito usado é a pulseira anti-estática. Neste caso temos uma pulseira conectada a um cabo que vai à terra através de um plug. O funcionamento é muito parecido com a calcanheira. Há uma resistência bastante alta nela, assim como a calcanheira.

Você também pode perguntar: Mas uma resistência menor de aterramento não seria melhor? Nesse caso não. Imagine um aterramento ideal, ou seja, de resistência nula. Se você tivesse alguma carga acumulada em seu corpo, quando você colocasse a calcanheira ou pulseira levaria um choque, devido a rápida descarga dessas cargas para o terra. Por isso que se usa altas resistências, para diminuir a velocidade da descarga mas, ao mesmo tempo, manter a descarga efetiva, evitando o acúmulo de eletricidade estática.

E por hoje era isso. Fugimos um pouco da análise de conversores CC-CC, mas esse assunto é interessante e de alta aplicação na área da produção eletrônica em empresas. Este é um conhecimento que todos os operadores de componentes eletrônicos, principalmente os SMD devem ter, e que muitas vezes é esquecido. Espero que tenham gostado. Qualquer sugestão, dúvida ou indicação de algum erro na postagem, usem os comentários. Abraço e até a próxima.